Khí công nghiệp là loại nguyên liệu được sản xuất để sử dụng trong Công nghiệp. Các khí công nghiệp chính được sử dụng nhiều nhất như: nitrogen, oxy, carbon dioxide, argon, hydro, helium, acetylene…
Ngành công nghiệp sản xuất ra khí này được gọi là ngành công nghiệp khí công nghiệp. Cũng bao gồm cung cấp thiết bị và công nghệ để sản xuất và sử dụng khí. Sản xuất khí công nghiệp là một phần của ngành công nghiệp hóa chất. Ngành khí công nghiệp thường được xem là “hóa chất chuyên ngành”.
Nhà máy sản xuất khí công nghiệp hóa lỏng
Tổng quan về ngành khí công nghiệp
Các loại khí công nghiệp được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Bao gồm các ngành công nghiệp nặng như dầu khí, hoá dầu, hóa chất, điện, khai thác mỏ, luyện kim, kim loại. Và cũng được sử dụng trong các ngành dược phẩm, công nghệ sinh học, thực phẩm, nước, phân bón, điện hạt nhân, điện tử, hàng không vũ trụ, phân tích thí nghiệm, kiểm nghiệm môi trường….
Khí công nghiệp được cung cấp cho các doanh nghiệp công nghiệp khác bằng cách xây dựng một hệ thống đường ống dẫn đến nơi sử dụng. Hoặc cũng có thể cung cấp bằng bình chứa khí cao áp.
Việc kinh doanh KCN bao gồm bán hoặc cho thuê bình khí và các thiết bị liên quan cho các đơn vị sử dụng.
Lịch sử hình thành của ngành công nghiệp khí công nghiệp
Sự phát hiện các loại khí công nghiệp
Loại khí đầu tiên từ môi trường tự nhiên mà con người sử dụng gần như chắc chắn là không khí. Khi phát hiện ra rằng thổi hoặc quạt một ngọn lửa khiến nó sáng hơn.
Carbon dioxide đã được biết đến từ thời cổ đại. Như là sản phẩm phụ của quá trình lên men, đặc biệt đối với đồ uống.
Khí tự nhiên đã được sử dụng vào khoảng năm 500 Trước Công nguyên. Khi họ phát hiện ra khả năng vận chuyển khí đốt từ mặt đất trong các đường ống bằng tre đến nơi nó được sử dụng để đun sôi nước biển.
Sulphur dioxide đã được người La Mã sử dụng để sản xuất rượu vang. Khi phát hiện ra rằng nến đốt bằng lưu huỳnh bên trong các bình rượu rỗng sẽ giữ cho rượu không hư hỏng và ngăn không cho rượu có mùi giấm.
Sử dụng khí acetylen sinh ra từ đất đèn CaC2 để chiếu sáng
Một số loại khí công nghiệp và thời gian được phát hiện
Lịch sử hóa học cho thấy rằng một số khí đã được xác định và phát hiện ra hoặc lần đầu tiên được sản xuất dưới dạng tinh khiết trong cuộc Cách mạng Công nghiệp của thế kỷ 18 và 19. Bởi các nhà hóa học nổi tiếng trong phòng thí nghiệm. Thời gian phát hiện cho các loại khí khác nhau là:
Carbon dioxide: 1754
Hydrogen: 1766
Nitrogen: 1772
Oxide nitơ: 1772
Oxygen: 1773
Amoniac :1774
Chlorine: 1774
Metan: 1776
Hydrogen sulfide: 1777
Carbon monoxide: 1800
Hydrogen chloride: 1810
Acetylene: 1836
Helium: 1868
Fluoro: 1886
Argon: 1894
Neon và Xenon: 1898
Radon: 1899
Các loại khí công nghiệp đã được sản xuất như thế nào
Cacbon dioxide, hydro, oxit nitơ, oxy, amoniac, clo, lưu huỳnh dioxit đã được sản xuất và sử dụng trong thế kỷ 19. Chủ yếu sử dụng trong thực phẩm, điện lạnh, y học và chiếu sáng.
Ví dụ, nước có gas được tạo ra từ năm 1772 và bán từ năm 1783. Chlorine lần đầu tiên được sử dụng để tẩy màu vào năm 1785. Và oxit nitơ lần đầu tiên được sử dụng cho nha khoa năm 1844.
Vào thời điểm này khí thường được tạo ra để sử dụng ngay bởi phản ứng hóa học. Một ví dụ điển hình là bộ máy Kipps được phát minh vào năm 1844. Có thể được sử dụng để tạo ra các loại khí như hydro, hydrogen sulfide, clo, axetylen và cacbon dioxide bằng phản ứng biến đổi khí đơn giản.
Acetylene được sản xuất thương mại từ năm 1893. Và máy phát axetylen được sử dụng từ năm 1898 để sản xuất khí đốt cho nấu ăn bằng gas và chiếu sáng.
Tuy nhiên sau khí có điện và LPG thì Acetylen không còn được sử dụng cho chiếu sáng và nấu ăn nữa.
Sự phát triển của ngành khí công nghiệp
Ban đầu các khí đã được phát hiện và chỉ sản xuất với số lượng ít. Quá trình công nghiệp hoá thúc đẩy sự đổi mới và sáng chế công nghệ để sản xuất ra số lượng lớn các khí này.
Sự phát triển đáng chú ý trong sản xuất công nghiệp của khí bao gồm điện phân nước để sản xuất hydro (năm 1869) và oxy (từ năm 1888). Quá trình Brin sản xuất oxy được phát minh ra trong năm 1884. Quá trình chloralkali sản xuất clo năm 1892. Haber Process để sản xuất amoniac vào năm 1908.
Sự phát triển của ứng dụng trong ngành làm lạnh cũng đẩy nhanh sự phát triển trong điều hòa không khí và hóa lỏng khí.
Carbon dioxide lần đầu tiên được hoá lỏng vào năm 1823. Chu trình lạnh nén đầu tiên sử dụng ete được phát minh vào năm 1834.
Một chu trình tương tự sử dụng ammonia được phát minh vào năm 1873.
Một chu trình khác với sulfur dioxide năm 1876.
Oxy lỏng và Nitơ lỏng được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1883.
Hydrogen lỏng được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1898. Và heli lỏng vào năm 1908. LPG lần đầu tiên được chế tạo vào năm 1910. Một bằng sáng chế cho LNG được nộp vào năm 1914 với sản phẩm thương mại đầu tiên vào năm 1917.
Sản xuất khí công nghiệp bằng phương pháp tách không khí
Cột mốc nào đánh dấu sự phát triển của ngành khí công nghiệp
Không có một sự kiện nào đánh dấu sự bắt đầu của ngành công nghiệp khí đốt công nghiệp.
Nhiều người coi nó là những năm 1880. Với việc sản xuất các bình khí nén áp suất cao đầu tiên.
Ban đầu bình chứa khí chủ yếu được sử dụng cho cacbon dioxide trong sản xuất cacbonat hoặc pha chế đồ uống.
Năm 1895 chu kỳ nén lạnh đã được phát triển để cho phép hóa lỏng không khí.
Đáng chú ý nhất là sản xuất số lượng lớn oxy vào năm 1896. Phát hiện một lượng lớn acetylene có thể được hòa tan trong aceton. Và đưa ra phương pháp đóng chai axetylen an toàn. Phương pháp này đến nay vẫn còn đang được sử dụng.
Một ứng dụng đặc biệt quan trọng là sự phát triển của việc hàn và cắt kim loại. Được thực hiện với oxy và axetylen từ đầu những năm 1900. Khi quá trình sản xuất phát triển. Các loại khí được cung cấp bằng bình chứa khí. Không cần phải có máy chế tạo khí tại chỗ.
Công nghệ sản xuất khí
Các nhà máy tách không khí làm sạch không khí trong một quá trình tách. Và do đó cho phép sản xuất số lượng lớn ni-tơ và argon cùng với oxy. Ba loại này cũng thường được sản xuất dưới dạng khí hóa lỏng.
Để đạt được nhiệt độ chưng cất yêu cầu thấp, một đơn vị tách khí sử dụng chu trình làm lạnh hoạt động bằng hiệu ứng Joule-Thomson.
Ngoài các khí phổ thông, tách không khí cũng ứng dụng để sản xuất các loại khí quý hiếm neon, krypton và xenon.
Công nghệ siêu lạnh cũng cho phép hóa lỏng khí tự nhiên, hydro và helium. Trong quá trình này khí ni tơ được loại khỏi khí tự nhiên. Cũng có thể được sử dụng để sản xuất helium.
Ngoài các loại khí chính được sản xuất bằng cách tách không khí và phân tách khí tổng hợp. Ngành công nghiệp khí còn cung cấp nhiều loại khí đặc biệt khác nhau cho các lĩnh vực đòi hỏi độ tinh khiết cao..
Phân phối và cung cấp khí
Cung cấp bằng bình chứa khí và lỏng
Hầu hết các loại khí ở nhiệt độ và áp suất bình thường đều được cung cấp dưới dạng khí nén. Một máy nén khí dùng để nén khí vào các bình chứa áp suất cao.
Tuy nhiên, một vài loại khí có thể được hoá lỏng ở nhiệt độ môi trường. Vì vậy chúng cũng có thể được cung cấp dưới dạng chất lỏng trong bình chứa thích hợp.
Các carbon dioxide đặc biệt có thể được sản xuất dưới dạng chất rắn lạnh gọi là băng khô (đá khô, CO2 rắn).
Acetylene không ổn định và dễ gây nổ. Nên nó được cung cấp như một chất khí hòa tan trong acetone trong một bình chứa khí.
Các khí công nghiệp chính có thể được sản xuất với số lượng lớn và cấp cho khách hàng bằng hệ thống đường ống, nhưng cũng có thể được đóng bình.
Hầu hết các khí được bán trong bình chứa khí. Một số được bán dưới dạng lỏng trong các bình chứa thích hợp (ví dụ như Dewars) bồn chứa lỏng, bình XL45.
Cung cấp khí công ghiệp hóa lỏng bằng các bình chứa Dewar
Cung cấp bằng hệ thống đường ống
Đối với các khách hàng lớn như các nhà máy luyện kim hoặc các nhà máy lọc dầu, một nhà máy sản xuất khí lớn có thể được xây dựng gần đó và cấp khí trực tiếp qua hệ thống đường ống.
Ngoài ra, một công ty khí công nghiệp có thể cung cấp cho nhà máy thiết bị để sản xuất khí chứ không phải là khí.
Một công ty khí công nghiệp cũng có thể hoạt động với tư cách là nhà vận hành nhà máy theo hợp đồng vận hành và bảo dưỡng cho một công trình khí cho khách hàng, vì họ thường có kinh nghiệm vận hành các phương tiện này để sản xuất hoặc vận chuyển khí.
Cung cấp khí công nghiệp bằng hệ thống đường ống
Tóm lại: Định nghĩa khí công nghiệp như thế nào?
Thuật ngữ “khí công nghiệp” đôi khi được định nghĩa hẹp là chỉ các loại khí chính bán ra, đó là: nitơ, oxy, carbon dioxide, argon, hydro, axetylen và heli .
Nhiều tên được đặt cho các khí bên ngoài danh sách chính này bởi các công ty khí công nghiệp khác nhau. Nhưng nhìn chung các loại khí này thuộc loại “các loại khí đặc biệt”, “khí y học”, “khí thải” hoặc “khí lạnh”.
Tuy nhiên, các loại khí cũng có thể được biết đến do ứng dụng hoặc các ngành công nghiệp mà chúng phục vụ như “khí hàn” hoặc “khí thở”, vv; Hoặc bằng nguồn gốc của chúng, như trong “không khí”…
Về nguyên tắc, bất kỳ hỗn hợp khí hoặc khí nào bán trong “ngành công nghiệp khí công nghiệp” có thể sử dụng trong công nghiệp đều có thể gọi là “khí công nghiệp”.
Một số ngành không được coi như là khí công nghiệp
Có những trường hợp khi một loại khí không được gọi là “khí công nghiệp”. Chủ yếu là nơi khí được xử lý để sử dụng năng lượng của nó sau đó hơn là sản xuất để sử dụng như là một chất hóa học hoặc pha chế.
Ngành dầu khí được coi là khác biệt. Trong khi đúng là khí tự nhiên là “khí” được sử dụng trong “ngành công nghiệp”.
Các hóa dầu (hóa chất có nguồn gốc từ dầu mỏ) như ethylene cũng thường không được mô tả là “khí công nghiệp”.
Đôi khi ngành công nghiệp hóa học được coi là khác biệt với ngành khí công nghiệp. Do đó các vật liệu như amoniac và clo có thể được coi là “hóa chất” (đặc biệt nếu được cung cấp dưới dạng chất lỏng) thay vì đôi khi cũng coi như “khí công nghiệp”.
Helium là một loại khí công nghiệp, mặc dù nguồn của nó là từ chế biến khí tự nhiên.
Bất kỳ loại khí nào cũng có thể được coi là khí công nghiệp nếu nó được đưa vào bình khí (ngoại trừ nếu nó được sử dụng làm nhiên liệu)
Propane sẽ được coi là một loại khí công nghiệp khi sử dụng làm chất làm lạnh. Nhưng không phải khi được sử dụng làm chất làm lạnh trong sản xuất LNG mặc dù đây là một công nghệ chồng chéo.
